DE102005052906A1

DE102005052906A1 - sensor arrangement

Info

Publication number: DE102005052906A1
Application number: DE102005052906A
Authority: DE
Inventors: Erhard Prof. Kisker
Original assignee: DUESSELDORF H HEINE, University of; Heinrich Heine Universitaet Duesseldof
Current assignee: Mts Sensor Technologie & Co Kg 58513 Lu De GmbH
Priority date: 2005-11-03
Filing date: 2005-11-03
Publication date: 2007-05-10
Also published as: EP1946135B1; WO2007051589A2; EP1946135A2; US20080295611A1; US8082805B2; WO2007051589A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, insbesondere zum Messen/Detektieren von Magnetfeldern und/oder Torsionen und/oder mechanischen Spannungen, die eine magnetisierbare/magnetische, insbesondere weichmagnetische elektrisch leitende, Leiteranordnung umfasst, wobei die Leiteranordnung einen ersten Leiterabschnitt aufweist, in welchem eine dynamische, insbesondere helikale Magnetisierung erzeugbar ist, und wenigstens einen zweiten Leiterabschnitt aufweist, in welchem eine insbesondere helikale Anisotropie erzeugt oder erzeugbar ist, wobei eine Magnetisierung von einem ersten in einen zweiten Leiterabschnitt transportierbar und mittels einer über einem zweiten Leiterabschnitt aufgrund des Magnetisierungstransportes erzeugten Spannung detektierbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Messen/Detektieren von Magnetfeldern und/oder Torsionen und/oder mechanischen Spannungen, bei dem in einem ersten Leiterabschnitt einer magnetisierbaren/magnetischen, insbesondere weichmagnetischen elektrisch leitenden Leiteranordnung eine dynamische, insbesondere helikale Magnetisierung erzeugt wird und in wenigstens einem zweiten Leiterabschnitt eine insbesondere helikale Anisotropie erzeugt oder erzeugbar ist, wobei eine Magnetisierung von einem ersten in einen zweiten Leiterabschnitt transportiert und mittels einer über einem zweiten Leiterabschnitt aufgrund des Magnetisierungstransports erzeugten Spannung detektiert wird.The The invention relates to a sensor arrangement, in particular for measuring / detecting magnetic fields and / or torsions and / or mechanical stresses, one magnetizable / magnetic, in particular soft magnetic electrically conductive, conductor arrangement comprises, wherein the conductor arrangement a first conductor section in which a dynamic, in particular helical magnetization can be generated, and at least a second conductor section, in which a particular helical anisotropy is generated or generated, wherein a magnetization transportable from a first to a second conductor section and by means of an over a second conductor portion due to the magnetization transport generated voltage is detectable. The invention further relates a method for measuring / detecting magnetic fields and / or Torsions and / or mechanical stresses, in which in a first Conductor portion of a magnetizable / magnetic, in particular soft magnetic electrically conductive conductor arrangement a dynamic, in particular helical magnetization is generated and in at least a second conductor section a particular helical anisotropy is generated or generated, wherein a magnetization of a transported first in a second conductor section and means one over a second conductor portion due to the magnetization transport generated voltage is detected.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, insbesondere zum Messen/Detektieren von Magnetfeldern und/oder Torsionen und/oder mechanischen Verspannungen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Detektieren/Messen dieser physikalischen Größen.The The invention relates to a sensor arrangement, in particular for measuring / detecting of magnetic fields and / or torsions and / or mechanical tension. The invention further relates to a method for detecting / measuring of these physical quantities.

Grundsätzlich sind im Stand der Technik Sensoren zum Detektieren und/oder Messen derartiger physikalischer Größen bekannt. Problematisch bei den bekannten Sensoranordnungen ist es, dass diese oftmals nicht hoch integrierbar (miniaturisierbar) und darüber hinaus störanfällig sind.Basically in the prior art sensors for detecting and / or measuring such physical quantities known. The problem with the known sensor arrangements is that these Often not highly integrable (miniaturizable) and beyond are prone to failure.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sensoranordnung und ein Detektionsverfahren bzw. Messverfahren für Magnetfelder, Torsionen oder Zugkräfte oder mechanische Verformungen bereitzustellen, welches sich durch eine geringe Störanfälligkeit, hohe Sensitivität, Selektivität und hohe Integrierbarkeit auszeichnet.task The invention is a sensor arrangement and a detection method or measuring method for Magnetic fields, torsions or tensile forces or mechanical deformations to provide, which is characterized by a low susceptibility, high Sensitivity, selectivity and high integrability.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Sensoranordnung, die eine magnetisierbare/magnetische, insbesondere weichmagnetische elektrisch leitende Leiteranordnung umfasst, wobei die Leiteranordnung einen ersten Leiterabschnitt aufweist, in welchem eine dynamische, insbesondere helikale Magnetisierung erzeugbar ist, und wenigstens einen zweiten Leiterabschnitt aufweist, in welchem eine insbesondere helikale Anisotropie erzeugt oder erzeugbar ist, wobei eine Magnetisierung von einem ersten in einen zweiten Leiterabschnitt, insbesondere mittels Spintransport transportierbar und mittels einer über einem zweiten Leiterabschnitt aufgrund des Magnetisierungstransports erzeugten Spannung detektierbar ist.Is solved This object is achieved by a sensor arrangement which has a magnetizable / magnetic, in particular soft magnetic electrically conductive conductor arrangement comprises, wherein the conductor arrangement has a first conductor section in which a dynamic, in particular helical magnetization can be generated, and at least one second conductor section, in which a particular helical anisotropy is generated or generated, wherein a magnetization from a first to a second conductor section, in particular transportable by means of spin transport and by means of one over a second Ladder section generated due to the magnetization transport Voltage is detectable.

Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren, bei dem in einem ersten Leiterabschnitt einer magnetisierbaren/magnetischen, insbesondere weichmagnetischen elektrisch leitenden Leiteranordnung eine dynamische insbesondere helikale Magnetisierung erzeugt wird und in wenigstens einem zweiten Leiterabschnitt eine insbesondere quasistatische insbesondere helikale Anisotropie erzeugt oder erzeugbar ist, wobei eine Magnetisierung von einem ersten in einen zweiten Leiterabschnitt transportiert und mittels einer über einem zweiten Leiterabschnitt aufgrund des Magnetisierungstransports erzeugten Spannung detektiert wird.Farther the task is solved by a method in which in a first conductor section a magnetizable / magnetic, in particular soft magnetic electrical conductive conductor arrangement a dynamic particular helical Magnetization is generated and in at least one second conductor section a particular quasistatic, in particular helical anisotropy is generated or generated, wherein a magnetization of a first transported in a second conductor section and by means of a over a second conductor portion generated due to the magnetization transport voltage is detected.

Wesentlicher Kerngedanke der Erfindung ist es, ein Sensorsignal zur Verfügung zu stellen, hier eine messbare Spannung, deren Größe und/oder Verlauf/Form abhängig ist von den magnetischen Zuständen der vorgenannten Leiterabschnitte, wobei die magnetischen Zustände, also insbesondere die vorliegenden Magnetisierungen abhängig sind von äußeren Einwirkungen, wie z.B. Magnetfelder, Zugspannungen oder Torsionen, denen ein oder mehrere der genannten Leiterabschnitte ausgesetzt sind zum Zeitpunkt einer Erfassung der Messgröße, d.h. der vorgenannten Spannung.essential The core idea of the invention is to provide a sensor signal Here, a measurable voltage whose size and / or shape / shape is dependent from the magnetic states the aforementioned conductor sections, wherein the magnetic states, ie in particular, the present magnetizations are dependent from external influences, such as. Magnetic fields, tensile stresses or torsions, which one or several of the said conductor sections are exposed at the time a detection of the measurand, i. the aforementioned voltage.

Die Bereitstellung eines derartigen Spannungssignals geht auf einen Spintransport zurück, der von einem vorgenannten ersten Leiterabschnitt in wenigstens einen der zweiten Leiterabschnitte erfolgt.The Providing such a voltage signal goes to a Spin transport back, the from an aforementioned first conductor section in at least one the second conductor sections takes place.

Erreicht wird ein derartiger Spintransport durch eine magnetische Anregung in einem ersten Leiterabschnitt, die sich bis in den zweiten Leiterabschnitt fortsetzt, also dorthin transportiert wird und dort detektierbar ist. Diese Anregung erfolgt bevorzugt derart, dass eine dynamische insbesondere helikale Magnetisierung in einem ersten Leiterabschnitt erzeugt wird, was insbesondere derart erfolgen kann, dass eine Überlagerung eines externen Magnetfeldes, in welchem wenigstens der erste Leiterabschnitt angeordnet ist, mit einem Magnetfeld erfolgt, welches durch einen Strom in einem ersten Leiterabschnitt erzeugbar ist. So erzeugt der Strom im Wesentlichen ein dem Querschnitt der Geometrie der Leiteranordnung folgendes umlaufendes, insbesondere zirkulares Magnetfeld, wobei ein externes Magnetfeld bevorzugt eine Komponente in Richtung eines ersten Leiterabschnittes aufweist. Die Überlagerung bildet somit eine Magnetisierung in einem ersten Leiterabschnitt mit zumindest in Richtung dieses Leiterabschnittes insbesondere helikaler Komponente.Reached becomes such a spin transport by a magnetic excitation in a first conductor section extending into the second conductor section continues, that is transported there and there detectable is. This excitation is preferably carried out such that a dynamic in particular generates helical magnetization in a first conductor section is what can be done in particular such that an overlay an external magnetic field in which at least the first conductor section is arranged is done with a magnetic field caused by a current in a first conductor portion is generated. This is how the electricity is generated essentially the cross section of the geometry of the conductor arrangement following circulating, in particular circular magnetic field, wherein an external magnetic field prefers a component in the direction of a having first conductor section. The overlay thus forms a Magnetization in a first conductor section with at least in Direction of this conductor section in particular helical component.

Ein äußeres externes Magnetfeld kann z.B. mit Hilfe einer Spulenanordnung oder durch das Streufeld eines permanent magnetisierten Materials, das sich in unmittelbarer Nähe eines ersten Leiterabschnittes befindet, erzeugt werden. Auch lokale Magnetfelder in beliebiger Richtung beeinflussen die gemessene Spannung, was ebenfalls technisch ausgenutzt werden kann.An external external Magnetic field can e.g. by means of a coil arrangement or by the stray field of a permanently magnetized material that is close a first conductor section is generated. Also local Magnetic fields in any direction affect the measured voltage, which can also be exploited technically.

Um hierbei eine Dynamik der insbesondere helikalen Magnetisierung zu erhalten kann dabei wenigstens eines der beiden überlagernden Magnetfelder zeitlich variabel sein, bevorzugt das Magnetfeld welches durch einen Strom im ersten Leiterabschnitt erzeugt wird. Dies ist durch einen zeitlich variablen Strom, z.B. einen (insbesondere sinusförmigen) Wechselstrom oder auch einen Strompuls, insbesondere beliebiger Form erreichbar.Around in this case a dynamics of the particular helical magnetization At least one of the two overlapping magnetic fields can be obtained in time be variable, the magnetic field is preferred by a current is generated in the first conductor section. This is by a time variable current, e.g. a (in particular sinusoidal) AC or else reach a current pulse, in particular of any shape.

So kann es in einer Ausführung vorgesehen sein, dass ein Strom in einem ersten Leiterabschnit gebildet wird durch einen Spannungspuls, insbesondere rechteckigen oder trapezförmigen Spannungspuls, der über einen ersten Leiterabschnitt angelegt ist. Hierbei kann bevorzugt die Anstiegs- und/oder Abfallzeit einer Flanke eines Strompulses im Bereich von 1 bis 150 Nanosekunden, bevorzugt 5 bis 20 Nanosekunden, insbesondere 15 Nanosekunden liegen. Insbesondere diese längeren Anstiegszeiten der Flanken führen zu geringeren Oszillationen im gemessenen Spannungssignal über einem zweiten Leiterabschnitt, was insbesondere bei eine elektrischen Fehlanpassung bei der Einkopplung der anregenden Spannung in den ersten Leiterabschnitt vorteilhaft ist. So wird die zeitliche Länge der Flanken des anregenden Strompulses bevorzugt so gewählt, dass Oszillationen im gemessenen Spannungssignal verringert, insbesondere vermieden werden.Thus, it may be provided in one embodiment that a current in a first Leiterabschnit is formed by a voltage pulse, in particular rectangular or trapezoidal voltage pulse, which is applied via a first conductor section. In this case, the rise and / or fall time of an edge of a current pulse may preferably be in the range of 1 to 150 nanoseconds, preferably 5 to 20 nanoseconds, in particular 15 nanoseconds. In particular, these longer rise times of the flanks lead to lower oscillations in the measured voltage signal over a second conductor section, which is advantageous in particular in the case of an electrical mismatch in the coupling of the exciting voltage into the first conductor section. Thus, the time length of the edges of the exciting current pulse is preferably selected so that oscillations in the measured voltage signal are reduced, in particular avoided.

Eine dynamische insbesondere helikale Magnetisierung im ersten Leiterabschnitt erzeugt ein „Aufrütteln" des Spinsystems und ein Verschwinden des eventuellen Domänenwand-Pinnings und erleichtert somit aufgrund der Dynamik einen Spintransport, der detektierbar ist, da sich hierdurch die Magnetisierung in einem zweiten Leiterabschnitt dynamisch ändert.A dynamic, in particular helical, magnetization in the first conductor section creates a "shake up" of the spin system and a disappearance of eventual domain wall pinning and facilitated thus due to the dynamics of a spin transport, the detectable is, as this causes the magnetization in a second conductor section changes dynamically.

Bei allen Ausführungen der Erfindung ist die aufgrund des Spintransportes entstehende und detektierte Spannung, die über einem zweiten Leiterabschnitt abfällt, abhängig von den magnetischen Zuständen beider Leiterabschnitte, so dass bei vorgegebenem magnetischen Zustand einer der Leiterabschnitte mittels einer gemessenen Spannung auf den magnetischen Zustand eines anderen Leiterabschnittes geschlossen werden kann.at all versions the invention is due to the spin transport resulting and detected voltage across a second conductor portion, depending on the magnetic states of both Conductor sections, so that at a given magnetic state one of the conductor sections by means of a measured voltage closed the magnetic state of another conductor section can be.

Ein besonders effektiver Spintransport bzw. entstehende Spannung bzw. Transport der Magnetisierung von einem ersten in einen zweiten Leiterabschnitt kann erreicht werden, wenn im zweiten Leiterabschnitt eine insbesondere helikale Anisotropie vorherrscht, insbesondere wenn die Anisotropie hinsichtlich ihrer räumlichen Ausgestaltung zumindest einer Komponente derjenigen räumlichen Ausgestaltung der erzeugten insbesondere helikalen Magnetisierung in einem ersten Leiterabschnitt entspricht.One Particularly effective spin transport or resulting voltage or Transport of the magnetization from a first to a second conductor section can be achieved if in the second conductor section a particular helical anisotropy predominates, especially when the anisotropy in terms of their spatial Design of at least one component of those spatial Configuration of the generated in particular helical magnetization in a first conductor section corresponds.

So ist das gemessene Spannungssignal insbesondere abhängig von einer derartigen Anpassung und durch eine Änderung dieser Anpassung variabel. Die Spin-Flußstärke zwischen den Leiterabschnitten wird somit wesentlich durch deren magnetische Eigenschaften beeinflusst.So the measured voltage signal is particularly dependent on Such an adjustment and by changing this adjustment variable. The Spin flux between The conductor sections is thus essentially by their magnetic Properties influenced.

Da sowohl äußere externe Magnetfelder, als auch mechanische Deformationen und/oder Torsionen, denen ein Leiterabschnitt ausgesetzt wird, Einfluss nimmt auf die vorliegende Anpassung ergibt sich die Möglichkeit mittels der Messung der Spannung Rückschlüsse zu ziehen auf diese wirkenden physikalischen Größen, so dass eine erfindungsgemäße Anordnung der beschriebenen Art als Sensor für diese Größen verwendbar ist.There both external external Magnetic fields, as well as mechanical deformations and / or torsions, which a ladder section is exposed, affects the This adaptation results in the possibility of measuring to draw conclusions about the voltage acting on these physical quantities, so that an inventive arrangement the type described can be used as a sensor for these sizes.

In bevorzugter und konstruktiv einfacher Ausgestaltung kann ein erster Leiterabschnitt gebildet sein zwischen einem ersten und zweiten elektrischen Kontakt auf der Leiteranordnung und ein zweiter Leiterabschnitt zwischen einem dritten und einem vierten elektrischen Kontakt auf der Leiteranordnung. Hierbei kann es weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass ein erster und ein zweiter Leiterabschnitt keinen gemeinsamen Abschnitt aufweisen. Hierdurch wird eine besonders störungsfreie Vierpunkt-Messung ermöglich, insbesondere ohne dass ein Stromfluss bzw. eine Spannung in einem ersten Leiterabschnitt die gemessene Spannung über einem zweiten Leiterabschnitt unmittelbar beeinflusst.In a preferred and structurally simple embodiment, a first Conductor section formed between a first and second electrical contact on the conductor arrangement and a second conductor section between a third and a fourth electrical contact the conductor arrangement. In this case, it may furthermore be preferred to that a first and a second conductor section no common Section. This will be a particularly trouble-free Four-point measurement enables in particular without a current flow or a voltage in one first conductor section, the measured voltage across a second conductor section directly influenced.

Zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Kontakt kann von außen eine insbesondere zeitlich variable Spannung angelegt werden, z.B. eine Sinus-Spannung oder eine rechteck- bzw. trapezförmige Spannung. Durch diese Spannung wird ein Stromfluss im ersten Leiterabschnitt erzeugt und so in Verbindung mit einem weiteren Magnetfeld eine insbesondere helikale Magnetisierung. Zwischen dem dritten und dem vierten Anschluss kann die gemessene Spannung abgegriffen werden, die einen Rückschluss auf die transportierte Magnetisierung zulässt.Between the first and second electrical contact can from the outside a in particular temporally variable voltage, e.g. a Sine voltage or a rectangular or trapezoidal Tension. This voltage causes a current flow in the first conductor section generated and so in conjunction with another magnetic field in particular helical magnetization. Between the third and the fourth connection The measured voltage can be tapped, which is a conclusion allows for the transported magnetization.

Bei dieser Anordnung kann als Leiteranordnung z.B. ein Draht beliebigen Querschnittes, bevorzugt ein Mikrodraht oder ein dünner Streifen aus geeignetem Material gewählt werden. Hierbei können erster und zweite Leiterabschnitte elektrisch mittels desselben Materiales elektrisch verbunden sein.at This arrangement can be used as a conductor arrangement e.g. a wire arbitrary Cross-section, preferably a micro-wire or a thin strip chosen from suitable material become. This can be the first and second conductor sections electrically by the same material be electrically connected.

In einer anderen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, dass ein erster Leiterabschnitt elektrisch von einem zweiten Leiterabschnitt getrennt ist. Auch hierdurch wird eine unmittelbare galvanische Beeinflussung der Spannungen ausgeschlossen. Eine effektive Übertragung der Magnetisierung zwischen den Leiterabschnitten wird hier so verstanden, dass der erste Leiterabschnitt als elektromagnetischer insbesondere helikaler Sender arbeitet und das Signal vom zweiten Leiterabschnitt als insbesondere helikale, insbesondere angepasste Antenne empfangen wird.In another version It can also be provided that a first conductor section electrically is separated from a second conductor section. This also will an immediate galvanic influence of the voltages excluded. An effective transmission the magnetization between the conductor sections is understood here as that the first conductor section as electromagnetic in particular helical transmitter works and the signal from the second conductor section receive as particular helical, in particular adapted antenna becomes.

Gemäß einer Ausführung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung kann für eine effiziente Spindiffusion in das magnetische/magnetisierbare Material eines zweiten Leiterabschnittes dessen Torsionszustand entscheidend sein, da eine mechanische Tordierung eine insbesondere helikale Anisotropie erzeugen kann, insbesondere in Verbindung mit einem externen Magnetfeld, in welchem sich auch ein zweiter Leiterabschnitt befinden kann oder insbesondere in Verbindung mit speziellen Materialeigenschaften des für die Leiterabschnitte verwendeten Materiales, welches zu einer insbesondere helikalen Anisotropie bei einer Tordierung beitragen kann. So wurde festgestellt, dass eine Verdrillung bzw. Tordierung eines weichmagnetischen Streifens oder Drahtes eine insbesondere helikale magnetische Anisotropie erzeugt. Für die zwei entgegengesetzten Drehrichtungen ergeben sich unterschiedliche Schraubenrichtungen der insbesondere helikalen magnetischen Anisotropie.According to an embodiment of the sensor arrangement according to the invention, its torsional state can be decisive for efficient spin diffusion into the magnetic / magnetizable material of a second conductor section, since a mechanical twisting can produce an in particular helical anisotropy, in particular in conjunction with an external magnetic field in which there may also be a second conductor section or in particular in connection with special material properties of the material used for the conductor sections, which may contribute to a particularly helical anisotropy in a twisting. Thus, it has been found that a twist of a soft magnetic strip or wire produces a particularly helical magnetic anisotropy. For the two opposite directions of rotation different screw directions of the particular helical magnetic anisotropy arise.

So kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einer vorgegebenen insbesondere helikalen Magnetisierung in einem ersten Leiterabschnit über die messbare Spannung, die über einem zweiten Leiterabschnitt abfällt, ein Betrag und/oder eine Richtung einer Torsion eines zweiten Leiterabschnittes gemessen wird. Hierbei kann die insbesondere helikale Magnetisierung in einem ersten Leiterabschnitt durch Wahl des externen Magnetfeldes und eines Stromes, insbesondere Strompulses vorgegeben und insbesondere bekannt sein. Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich somit als Torsionssensor.So can by the method according to the invention at a given particular helical magnetization in a first Leiterabschnit about the measurable voltage over a second conductor portion drops, an amount and / or a direction a twist of a second conductor section is measured. in this connection can the particular helical magnetization in a first conductor section by selecting the external magnetic field and a current, in particular Current pulse given and in particular be known. The inventive arrangement is thus suitable as a torsion sensor.

Dabei stellt infolge des steilen Stromimpulses ein erster Leiterabschnitt eine magnetische Anregungen in der ansteigenden und in der abfallenden Flanke zur Verfügung. Die insbesondere helikale magnetische Anisotropie in einem zweiten Leiterabschnitt wählt gemäß der obigen Ausführung die passende aus dem ersten Leiterabschnitt austretende Anregung aus, die z.B. zu unterschiedlichen Vorzeichen der gemessenen Spannungsimpulse bei entgegengesetzter insbesondere helikaler Anisotropie des zweiten Leiterabschnittes führt.there provides a first conductor section due to the steep current pulse a magnetic excitation in the rising and the falling edge to disposal. The particular helical magnetic anisotropy in a second Head section selects according to the above execution the appropriate excitation emerging from the first conductor section from, e.g. to different signs of the measured voltage pulses with opposite in particular helical anisotropy of the second Ladder section leads.

In einer weiteren Ausführung kann es auch vorgesehen sein, dass einem Leiterabschnitt, insbesondere einem zweiten Leiterabschnitt eine insbesondere helikale Anisotropie statisch aufgeprägt ist.In another embodiment It can also be provided that a conductor section, in particular a second conductor section a particular helical anisotropy statically imprinted is.

So kann z.B. die insbesondere helikale Anisotropie, insbesondere in einem zweiten Leiterabschnitt beim Herstellungsprozess des magnetischen Materials erzeugt werden. Sie kann z.B. fest eingeprägt werden durch geeignete Wärmebehandlung (Tempern) eines ggfs. verdrillten Leiterabschnittes mit/ohne Magnetfeld/Stromfluß. Anstelle der Verdrillung des Materials während des Temperns kann auch die Helizität von Domänenwänden durch Tempern ohne äußeres Magnetfeld eingefroren werden. Dies ermöglicht eine Automatisierung des Herstellungsprozesses und eventuell die Hochintegration der hier beschriebenen Sensoren, z.B. für Anwendungen in magnetischen Random-Access-Memories (M-RAMs).So can e.g. the particular helical anisotropy, in particular in a second conductor portion in the manufacturing process of the magnetic material be generated. It can e.g. firmly embossed by suitable heat treatment (tempering) a possibly twisted conductor section with / without magnetic field / current flow. Instead of the twisting of the material during annealing can also be the helicity of domain walls by annealing without external magnetic field be frozen. this makes possible an automation of the manufacturing process and possibly the High integration of the sensors described herein, e.g. for applications in random-access magnetic memories (M-RAMs).

Beispielsweise kann sich bei fest eingestellter insbesondere helikaler Anisotropie eines zweiten Leiterabschnittes die Kombination aus Impulsrichtung und Flankenrichtung und Magnetfeldrichtung die Möglichkeit erschließen, logische Zustände zu unterscheiden, wobei ein logischer Zustand durch das Vorhandensein eines Magnetfeldes oder dessen Größe oder dessen Richtung gegeben sein kann. ist also, insbesondere in der Umgebung eines ersten Leiterabschnittes, ggfs in der Umgebung der gesamten Sensoranordnung ein externes Magnetfeld vorhanden (z.B. Erdmagnetfeld) so ist die gemessene Spannung über einem zweiten Leiterabschnitt eine andere als wenn kein externes Magnetfeld, oder ein Magnetfeld mit anderer Richtung/Größe vorhanden ist. Somit kann die Sensoranordnung, insbesondere bei einer hohen Integration, als Lesevorrichtung für magnetische Speicher eingesetzt werden, in denen ein Magnetfeld einen logischen Zustand beschreibt. Auch können durch Magnetfeld und angelegten Strompuls logische Zustände miteinander verknüpft werden.For example can be fixed with especially helical anisotropy a second conductor section the combination of pulse direction and flank direction and magnetic field direction open up the possibility, logical conditions to distinguish, whereby a logical state by the presence a magnetic field or its size or direction given can be. is, in particular in the vicinity of a first conductor section, if necessary, an external magnetic field in the vicinity of the entire sensor arrangement present (e.g., Earth's magnetic field) so the measured voltage is above one second conductor section a different than if no external magnetic field, or a magnetic field with other direction / size is present. Thus, can the sensor arrangement, in particular at a high integration, as Reading device for magnetic Memory can be used in which a magnetic field is a logical State describes. Also can by magnetic field and applied current pulse logical states with each other be linked.

Z.B. kann dies erreicht werden, wenn in der Umgebung eines Leiterabschnittes ein magnetisches/magnetisiertes Element, insbesondere ein Permanentmagnet oder ein in Remanenz befindliches Element angeordnet ist. Z.B. kann es sich auch um einen magnetisierbaren Plattenspeicher handeln, mit Bereichen, die unterschiedliche Magnetisierungen aufweisen, welche mittels eines erfindungsgemäßen Sensors abgefragt werden können, dadurch, dass ein probender „Lese"-Strompuls durch einen ersten Leiterabschnitt fließt und am zweiten Leiterabschnitt ein Spannungspuls abgegriffen wird, der das Ergebnis der Auslesung des entsprechenden Speicherbereiches repräsentiert.For example, This can be achieved when in the environment of a ladder section a magnetic / magnetized element, in particular a permanent magnet or a remanent element is arranged. For example, can it is also a magnetizable disk storage, with Areas that have different magnetizations, which by means of a sensor according to the invention can be queried in that a probing "read" pulse through a first conductor portion flows and at the second conductor portion a voltage pulse is tapped, which is the result of the readout represents the corresponding memory area.

Ebenso kann die Sensoranordnung auch selbst als auslesbares Speicherelement dienen, wenn von außen Einfluss genommen wird auf die insbesondere helikale Anisotropie im zweiten Leiterabschnitt. So können dann z.B. logische Zustände gespeichert und ausgelesen werden. Dies setzt voraus, dass die Sensoranordnung ein Mittel umfasst zur Änderung der insbesondere helikalen Anisotropie in einem zweiten Leiterabschnitt.As well the sensor arrangement can itself as a readable memory element serve, if from the outside In particular, the helical anisotropy is influenced in the second conductor section. So can then e.g. logical states be stored and read out. This assumes that the sensor arrangement a means of amendment the particular helical anisotropy in a second conductor section.

In einer Ausführung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass ein erster und ein zweiter Leiterabschnitt linear hintereinander angeordnet sind, wobei es möglich ist, mehrere zweite Leiterabschnitte vorzusehen, z.B. bei linearer Anordnung beidseitig eines ersten Leiterabschnittes.In an execution The invention may provide that a first and a second Ladder section are arranged linearly one behind the other, where it possible is to provide a plurality of second conductor sections, e.g. at linear Arrangement on both sides of a first conductor section.

In anderer Ausführung können ein erster und wenigstens ein zweiter Leiterabschnitt in einem Winkel zueinander, insbesondere in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Auch können zwei oder mehr zweite Leiterabschnitte linear hintereinander und in einem Winkel, insbesondere in einem rechten Winkel zu einem ersten Leiterabschnitt angeordnet sind. Grundsätzlich lassen sich die vorgenannten Ausführungen auch beliebig kombinieren.In another embodiment, a first and at least one second conductor section at an angle to each other, in particular at a right angle to each other are arranged. Also, two or more second conductor sections may be linearly connected one behind the other are arranged and at an angle, in particular at a right angle to a first conductor portion. In principle, the aforementioned embodiments can also be combined as desired.

Vorteilhaft bei mehreren zweiten Leiterabschnitten ist es, dass ein Spannungssignal aus einem zweiten Leiterabschnitt verwendet werden kann als Referenzsignal für ein Signal welches aus einem oder mehreren anderen zweiten Leiterabschnitten gewonnen wird. So können insbesondere Störeffekte, wie Enflüsse durch unerwünschte Magnetfelder (Erdmagnetfeld) durch einen Referenzvergleich ausgeschlossen werden, da ein solches störendes Magnetfeld auch bzgl. einer Messung der Referenzspannung wirkt.Advantageous with several second conductor sections, it is a voltage signal from a second conductor section can be used as a reference signal for a Signal obtained from one or more other second conductor sections becomes. So can especially disturbances, like influences by unwanted Magnetic fields (geomagnetic field) excluded by a reference comparison be since such a disturbing Magnetic field also with respect to a measurement of the reference voltage acts.

In einer weiteren alternativen oder auch kumulativen Ausgestaltung kann zwischen einem ersten und einem zweiten Leiterabschnitt ein weiterer Leiterabschnitt angeordnet ist, an den eine Steuerspannung angelegt/anlegbar ist, wobei die über einem zweiten Leiterabschnitt messbare Spannung abhängig ist von der Steuerspannung. Auf diese Weise wird ein magnetischer Schalter realisiert.In another alternative or cumulative embodiment can be between a first and a second conductor section further conductor section is arranged, to which a control voltage created / can be applied, wherein the over a second conductor section measurable voltage dependent is from the control voltage. In this way becomes a magnetic Switch realized.

Z.B. kann zwischen zwei Leiterabschnitten ein zusätzliches Kontaktpaar angeordnet werden, um dort eine Spannung anzulegen, so dass ein Strom durch das entsprechende Leiterelement fließt. Die dadurch bewirkte Störung des bei Spannung 0 ungehinderten Spintransports beeinflusst die Größe des Spannungssignals in einem zweiten Leiterabschnitt.For example, can be arranged between two conductor sections an additional contact pair be there to create a voltage, so that a current through the corresponding conductor element flows. The resulting disturbance of the when voltage 0 unrestricted spin transport affects the size of the voltage signal in a second conductor section.

Neben der Möglichkeit in einem ersten Leiterabschnitt einen gepulsten Strom fließen zu lassen durch Anlegen einer anregenden gepulsten Spannung, besteht auch die Möglichkeit eine periodische sinusförmige anregenden Spannung am ersten Leiterabschnitt anzulegen. Hierdurch ergibt sich auch bei der gemessenen Spannung, die über einen zweiten Leiterschnitt messbar ist ein periodischer sinusförmiger Verlauf, dessen Phasenlage bzgl. der anregenden Spannung variabel ist und von den magnetischen Zustanden in den Leiterabschnitten abhängt. Z.B. kann durch eine Torsion, welche einen magnetischen Zustand in einem zweiten Leiterabschnitt ändert, eine Änderung der Phasenlage bewirkt werden. So kann eine erfindungsgemäße Anordnung auch als Phasenschieber verwendet werden, wobei eine Änderung der magnetischen Zustände nicht nur durch eine Torsion bewirkbar ist, sondern durch alle zuvor beschriebenen Maßnahmen.Next The possibility in a first conductor section to let a pulsed current through Applying a stimulating pulsed voltage, there is also the possibility a periodic sinusoidal exciting voltage on the first conductor section to create. hereby also arises with the measured tension, which over a second conductor section measurable is a periodic sinusoidal waveform, whose phase position is variable with respect to the exciting voltage and depends on the magnetic states in the conductor sections. For example, can be caused by a torsion, which is a magnetic state in one second conductor section changes, a change the phase position can be effected. Thus, an arrangement according to the invention also be used as a phase shifter, with a change the magnetic states not only by a twist is effected, but by all the previously described Activities.

Als Materialien zur Bildung einer Leiteranordnung kommen z.B. weichmagnetische, insbesondere amorphe Materialien und insbesondere eisen- oder bevorzugt kobaltbasiertes Material zum Einsatz, die auch als metallische Gläser bezeichnet werden. Folgende Materialien können z.B. eingesetzt werden: Co 70/Si+B 23/Mn 5/Fe+Mo 2 oder CO 66/Si 15/B 14/Fe 4/Ni 1. Auch andere magnetische Legierungen können zum Einsatz kommen.When Materials for forming a conductor arrangement are e.g. soft magnetic, in particular amorphous materials and in particular iron- or preferably cobalt-based Material used, also referred to as metallic glasses become. The following materials can e.g. can be used: Co 70 / Si + B 23 / Mn 5 / Fe + Mo 2 or CO 66 / Si 15 / B 14 / Fe 4 / Ni 1. Other magnetic alloys can also be used for Use come.

Ein erfindungsgemäßer Sensor zeichnet sich zusammenfassend dadurch aus, dass mit ihm Zug oder eine Torsion in Betrag und Richtung gemessen werden können (a) oder bei eingeprägter Torsion (allgemein: eingeprägter insbesondere helikaler Anisotropie) ein Rückschluss auf ein den Sensor überlagerndes externes Magnetfeld in Betrag und Richtung gezogen werden kann (b). Die Betriebsweise b eignet sich insbesondere als empfindlicher Magnetfeld-Sensor.One inventive sensor is characterized by the fact that with him train or a twist in amount and direction can be measured (a) or at embossed Torsion (general: embossed in particular helical anisotropy) a conclusion on a sensor superimposed external magnetic field in magnitude and direction can be drawn (b). The mode of operation b is particularly suitable as a sensitive magnetic field sensor.

Der Sensor zeichnet sich gegenüber anderen auf magnetischer Basis (magnetowiderstands- oder magnetoimpedanzbasiert) dadurch aus, dass die als Messsignal benutzte Spannung frei von systembedingtem Untergrund ist bzw. gegenüber auf dem inversen Wiedemann-Effekt beruhenden Magnetfeld- oder Zug/Torsionssensoren durch die Abwesenheit einer dort notwendigen Pickupspule.Of the Sensor stands opposite other based on magnetic (magneto-resistance or magneto-impedance based) characterized in that the voltage used as a measurement signal free of systemic background is or opposite to the inverse Wiedemann effect based magnetic field or train / torsion sensors by the absence a pickup coil needed there.

Daher ist bei Benutzung mittels der Erfindung eine Sensorstruktur möglich, die einfacher in der Herstellung und hochintegrationsfähig ist. In Zusammenwirken mechanischer, auf das Sensormaterial einwirkender Größen wie Torsions- und/oder Zugspannung mit magnetischen Größen (überlagertes Magnetfeld) und elektrischen Betriebsgrößen wie der Strom durch einen ersten Leiterabschnitt in Richtung, Amplitude und Puls- bzw. Wellenform entsteht in einem zweiten Leiterabschnitt eine Spannung, die von diesen Größen reproduzierbar abhängt und die als Auslesegröße dient.Therefore When using the invention by means of a sensor structure is possible, the easier to manufacture and highly integrated. In cooperation of mechanical, acting on the sensor material Sizes like Torsion and / or Tensile stress with magnetic quantities (superimposed magnetic field) and electrical operating variables such as the current through a first conductor section in the direction, amplitude and pulse or waveform is formed in a second conductor section a tension reproducible by these sizes depends and which serves as a readout size.

Die nachfolgenden Figuren zeigen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.The The following figures show preferred embodiments of the invention.

Es zeigen:It demonstrate:

1: einen erfindungsgemäßen Sensor in der Anwendung als Torsions- /Magnetfeldsensor in linearer Anordnung von erstem und zweitem Leiterabschnitt 1 a sensor according to the invention in the application as a torsion / magnetic field sensor in a linear arrangement of the first and second conductor section

2: einen erfindungsgemäßen Sensor in abgewinkelter Anordnung von erstem und zweitem Leiterabschnitt 2 a sensor according to the invention in an angled arrangement of the first and second conductor section

3: einen erfindungsgemäßen Sensor mit zwei zweiten Leiterabschniten, die in einem rechten Winkel zum ersten Leiterabschnitt angeordnet sind, 3 a sensor according to the invention with two second conductor sections, which are arranged at a right angle to the first conductor section,

4: den zeitlichen Verlauf einer gemessenen Spannung bei zwei entgegengesetzten Torsionen von 15 Grad in Verbindung mit den anregenden bipolaren Strompulsen 4 : the time course of a measured voltage at two opposite torsions of 15 degrees in connection with the exciting bipolar current pulses

5: den zeitlichen Verlauf einer gemessenen Spannung bei unipolaren Strompulsen und einer vorgegebenen Torsion 5 : the time course of a measured voltage in unipolar current pulses and a given torsion

6-8: die Abhängigkeit des gemessenen Spannungssignals von der zeitlichen Länge der Flanken der Strompulse 6 - 8th : the dependence of the measured voltage signal on the time length of the edges of the current pulses

9: die Signalspannung bei festem Magnetfeld in Abhängigkeit der Torsion 9 : the signal voltage at a fixed magnetic field as a function of the torsion

10: die Signalspannungen in Abhängigkeit von Magnetfeld, Torsion und Strompulsrichtung 10 : the signal voltages as a function of magnetic field, torsion and current pulse direction

11: ein erfindungsgemäßer Sensor in Anwendung als Lesevorrichtung für magnetische Speicher 11 a sensor according to the invention in use as a reading device for magnetic memory

12: die Abhängigkeit eines zeitlichen Signalverlaufs mit/ohne magnetisiertem Material in der Umgebung eines ersten Leiterabschnittes 12 : the dependence of a temporal signal course with / without magnetized material in the vicinity of a first conductor section

13: die Abhängigkeit der Phasenlage zwischen anregender und gemessener Spannung von der Torsion 13 : the dependence of the phase angle between exciting and measured voltage of the torsion

Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Sensor in prinzipieller Darstellung. Das wesentliche Element des Sensors kann ein dünner Streifen aus (weich)magnetischem Material sein. In einer Ausführung kann ein dünner, lateral auf einem Träger angebrachter Streifen mit einer Dicke z.B. kleiner als 100 Mikrometer oder ein Mikrodraht, in einer anderen Ausführung ein senkrecht zu einem Träger aufgebrachter zylindrischer Körper vorgesehen sein. Ebenso können dünne, z.B. aufgedampfte Schichten verwendet werden.The 1 shows a sensor according to the invention in a schematic representation. The essential element of the sensor may be a thin strip of (soft) magnetic material. In one embodiment, a thin, laterally mounted on a support strip having a thickness, for example, less than 100 microns or a micro-wire, in another embodiment, a perpendicular applied to a support cylindrical body may be provided. Similarly, thin, eg vapor-deposited layers can be used.

In der 1 ist die erste Ausführung illustriert. Der Sensor ist funktionsmäßig in zwei Bereiche aufgeteilt. Ein z.B. homogener weichmagnetischer Streifen 1 wird durch Kontaktierung in zwei elektrische Bereiche geteilt, die sich zwischen Kontakten A,B und C,D befinden. Der Teil zwischen den Kontakten A und B bildet einen ersten Leiterabschnitt, der hier wegen seiner Funktion auch als „Spinpumpe" bezeichnet werden kann und der Teil zwischen C und D bildet einen zweiten Leiterabschnitt, auch als Empfänger bezeichnet.In the 1 the first version is illustrated. The sensor is functionally divided into two areas. For example, a homogeneous soft magnetic strip 1 is divided by contacting into two electrical areas, which are located between contacts A, B and C, D. The part between the contacts A and B forms a first conductor section, which because of its function can also be referred to as a "spin pump" here, and the part between C and D forms a second conductor section, also referred to as a receiver.

Der Sensor wird z.B. von einer Halterungsplatine getragen. Die Platine kann unterhalb der Spinpumpe starr sein. Im Bereich des Empfängers muss eine Halterungsplatine genügend flexibel sein, um die Verdrillung zu ermöglichen. Falls nur kleine Drehmomente zur Verfügung stehen, kann der Empfänger auch freitragend zwischen den Kontaktierungen B und C angebracht sein, wobei die Zuleitung D z.B. mechanisch fest mit einer Halterung der Spinpumpe verbunden sein kann. Wegen einer Längenverkürzung beim Verdrillen kann es auch vorgesehen sein, dass die Position des Anschlusses D ortsvariabel angeordnet ist, insbesondere relativ zu einer Halterung der Spinpumpe.Of the Sensor is e.g. supported by a mounting board. The board may be rigid below the spin pump. In the area of the recipient must a mounting plate enough be flexible to allow the twisting. If only small torques to disposal can stand, the receiver also cantilever between the contacts B and C attached wherein the lead D is e.g. mechanically fixed with a holder the spin pump can be connected. Because of a length reduction during twisting can It should also be provided that the position of the terminal D is location-variable is arranged, in particular relative to a holder of the spin pump.

Ein evtl. vorgesehener Träger kann aus elektrisch isolierendem Material bestehen. Er kann dazu dienen, den Sensor und alle elektrischen Anschlüsse mechanisch stabil zu tragen. Er ist mindestens so groß wie die Spinpumpe und hat die Eigenschaft, im Bereich unter der Spinpumpe starr zu sein und im Bereich unter dem Empfänger torsionselastisch zu sein. Die Anschlüsse des Empfängers sind Drähte, die durch geeignete Maßnahmen so flexibel gestaltet sind, dass sie die Torsion nicht behindern. Dies kann z.B. durch Einfügen einer kurzen Schlaufe in jeden der Drähte erfolgen.One possibly provided carrier can consist of electrically insulating material. He can serve to carry the sensor and all electrical connections mechanically stable. He is at least as tall as the spin pump and has the property in the area under the spin pump to be rigid and to be torsionally elastic in the area under the receiver. The connections Recipient are wires, by appropriate measures are designed so flexible that they do not hinder the torsion. This can e.g. by inserting a short loop in each of the wires.

Die Kontakte B und C sollen sich bevorzugt nicht berühren, um ein echte Vierpunktmessung zu ermöglichen.The Contacts B and C should preferably not touch to make a true four-point measurement to enable.

Das Charakteristische dieses Sensors ist, daß die Spannung ΔV sowohl vom magnetischen Zustand der Spinpumpe als auch von demjenigen des Empfängers abhängt. Der magnetische Zustand der Spinpumpe wird für das Messprinzip entscheidend durch das Zusammenspiel der Richtung des Stromimpulses I und abfallender oder ansteigender Flanke und einem auf die Spinpumpe einwirkenden äußeren Magnetfeld H_ext beeinflusst. Der magnetische Zustand des Empfängers wird in dieser Ausführung wesentlich durch dessen mechanische Verdrillung beeinflusst.The characteristic of this sensor is that the voltage ΔV depends both on the magnetic state of the spin pump and on that of the receiver. The magnetic state of the spin pump is influenced decisively for the measurement principle by the interaction of the direction of the current pulse I and the falling or rising edge and an external magnetic field H _ext acting on the spin pump. The magnetic state of the receiver is significantly affected in this embodiment by its mechanical twisting.

Da der Empfänger zwischen C und D nicht vom Strom I durchflossen wird, kann (bei Annahme der idealen Vierpunkt-Messmethode) eine Spannung ΔV nur dann auftreten, wenn sich zwischen den Kontakten C und D ein Generator mit einer elektromotorischen Kraft befindet. Hier beruht der Generator auf einem Prinzip, das aus einem dynamischen Spintransport aus der Spinpumpe in den Empfänger eine Spannung generiert.There the recipient between C and D is not traversed by the current I, can (at Assumption of the ideal four-point measuring method) a voltage ΔV only then occur when between the contacts C and D, a generator is located with an electromotive force. This is where the generator is based on a principle that results from a dynamic spin transport from the Spin pump in the receiver generates a voltage.

Die 1 skizziert das Prinzip der Erfindung. Allerdings ist es nicht notwendig, dass sich der Empfänger in linearer Anordnung zur Spinpumpe befindet. Gleichermaßen ist eine um einen Winkel Θ gewinkelt Anordnung zwischen Spinpumpe und Empfänger möglich, wie es 2 zeigt. Hervorgegangen ist diese Anordnung aus einem flächenhaften magnetischen dünnen Streifen. Wesentlich ist in dieser Ausführung, dass Spinpumpe und Empfänger elektrisch ohne Unterbrechung ineinander übergehen.The 1 outlines the principle of the invention. However, it is not necessary for the receiver to be in a linear arrangement with the spin pump. Similarly, an angle Θ angled arrangement between the spin pump and the receiver is possible, as is 2 shows. The result of this arrangement is a planar magnetic thin strip. It is essential in this embodiment that spin pump and receiver electrically merge without interruption.

Die Spinpumpe kann auch mehrere Empfänger versorgen, die unabhängig voneinander verdrillt werden können, wie es 3 zeigt. Dies ist vorteilhaft zur Kompensation des Einflusses eines äußeren Magnetfeldes. Hier wird wieder zwischen den Kontakten A und B die anregende Spannung in die Spinpumpe eingekoppelt. Gemessen wird zum einen zwischen D und C sowie zum anderen zwischen D' und C', wobei letztere Kontaktierung die Messung eines Referenzsignal ermöglicht. Hierbei sind Spinpumpe und Referenzempfänger auf einem starren Träger angeordnet, der Empfänger hingehen ist flexibel und verdrillbar aufgehängt. Hierbei weist auch der Referenzempfänger eine insbesondere helikale Anisotropie auf.The spin pump can also supply multiple receivers that can be twisted independently as it is 3 shows. This is advantageous for compensating for the influence of an external one Magnetic field. Here, between the contacts A and B, the exciting voltage is coupled into the spin pump again. Measured is on the one hand between D and C and on the other between D 'and C', the latter contacting allows the measurement of a reference signal. Here, spin pump and reference receiver are arranged on a rigid support, go to the receiver is flexible and twistable suspended. In this case, the reference receiver has a particular helical anisotropy.

Die Spannung ΔV hängt nicht nur vom Torsionswinkel ab, sondern auch von einem äußeren Magnetfeld (Erdfeld, andere Störfelder), welches das zur Funktion notwendige Magnetfeld überlagert. Diese unerwünschte Eigenschaft lässt sich durch die besonderen Eigenschaften des Detektionsprinzips vorteilhaft beseitigen. Die Spinpumpe sendet ihr Signal nicht nur in die Richtung mit Bezug auf 1 oberhalb der Spinpumpe eingezeichneten Empfängers aus, sondern auch nach unten. D.h., ein zweiter Empfänger kann auch symmetrisch zur Spinpumpe nach unten angebracht sein, oder wie in 3 in einer T-Anordnung. Auch eine Doppel-T-Anordnung mit vier Empfängern ist möglich, ebenso Anordnungen mit noch mehr Empfängern.The voltage ΔV depends not only on the torsion angle, but also on an external magnetic field (earth field, other interference fields), which superimposes the magnetic field necessary for the function. This undesirable property can be advantageously eliminated by the special properties of the detection principle. The spin pump sends its signal not only in the direction with respect to 1 above the spin pump marked receiver, but also down. That is, a second receiver may also be mounted symmetrically to the spin pump down, or as in 3 in a T-arrangement. Also, a dual-T arrangement with four receivers is possible, as well arrangements with even more receivers.

Abmessungen des magnetischen Streifens in der linearen Ausführung 1 sind ca. 10 mm ×1 mm × 30 μm. Stromfluß peak-peak ca. 100 mA, Spannung ΔV ca. 50 mV.Dimensions of the magnetic strip in the linear design 1 are about 10 mm × 1 mm × 30 microns. Current flow peak-peak approx. 100 mA, voltage ΔV approx. 50 mV.

Ein Pulsgenerator kann z.B. eine periodische Impulsfolge erzeugen zur Einkopplung in die Spinpumpe. Die 4 zeigt unten einen typischen anregenden bipolaren Puls. Das gemessene Spannungssignal ΔV (4 oben) ist ebenso bipolar und beträgt z.B. nach Verstärkung bis ±800 mV. Erkennbar ist hier, dass sich gemessene Spannungspeaks ergeben, die zeitlich bei den Flanken der anregenden Strompulse lokalisiert sind. Erkennbar ist weiterhin, dass sich bei einer Verdrillung im Uhrzeigersinn um ca. 15 Grad ein größeres gemessenen Spannungssignal ergibt als bei einer Messung mit Verdrillung um 15 Grad entgegen dem Uhrzeigersinn. Auch weist das Spannungssignal unterschiedliche Polaritäten auf.For example, a pulse generator can generate a periodic pulse train for coupling into the spin pump. The 4 below shows a typical stimulating bipolar pulse. The measured voltage signal ΔV ( 4 above) is also bipolar and amounts, for example, to gain up to ± 800 mV. It can be seen here that measured voltage peaks result, which are localized in time at the edges of the exciting current pulses. It can also be seen that a clockwise twist of approx. 15 degrees results in a larger measured voltage signal than in a measurement with a twist of 15 degrees counterclockwise. Also, the voltage signal has different polarities.

Demgegenüber zeigt die 5 einen gemessenen Spannungsverlauf bei festem externen Magnetfeld und einer unipolaren Pulsfolge. Wiederum ergeben sich an den Flanken des anregenden Pulses ausgezeichnete gemessene Spannungspulse, nun mit unterschiedlicher Polarität.In contrast, the shows 5 a measured voltage curve with a fixed external magnetic field and a unipolar pulse train. Again, at the edges of the exciting pulse, there are excellent measured voltage pulses, now with different polarity.

Nach einer Verstärkung der gemessenen Spannung kann diese z.B. gleichgerichtet werden und dient als Messgröße für den Drehwinkel bei der Torsion. Die Kompensation gegen Schwankungen des Umgebungsmagnetfeldes kann durch Vergleich mit einem Referenzsignal, z.B. einer Subtraktion eines Referenzsignals ΔVref von ΔV oder durch elektronische Division von ΔV durch ΔVref, entweder analog oder digital nach Digitalisierung der Signale erfolgen, wenn z.B. in der Anordnung nach 3 gemessen wird.After an amplification of the measured voltage, this can be rectified, for example, and serves as a measure of the angle of rotation in the torsion. The compensation for fluctuations of the ambient magnetic field can be done by comparison with a reference signal, for example, a subtraction of a reference signal .DELTA.Vref of .DELTA.V or by electronic division of .DELTA.V by .DELTA.Vref, either analog or digital after digitization of the signals, if, for example, in the arrangement 3 is measured.

6b zeigt einen anregenden Spannungspuls zum Betrieb der Spinpumpe mit einer Flankensteilheit von ca. 9 Nanosekunden. Möglicherweise aufgrund nicht optimaler elektrischer Anpassung bei der Einkopplung der Spannungspulse in die Spinpumpe kommt es beim gemessenen Spannungssignal im Empfänger (6a) zu deutlichen Oszillationen, welche die Qualität der Messung beeinflussen. 6b shows an exciting voltage pulse for operation of the spin pump with a slope of about 9 nanoseconds. Possibly due to non-optimal electrical adjustment in the coupling of the voltage pulses in the spin pump occurs in the measured voltage signal in the receiver ( 6a ) to significant oscillations, which affect the quality of the measurement.

Demgegenüber zeigt die 7b einen anregenden Puls mit einer Flankensteilheit von ca. 100 Nanosekunden. Deutlich sind im gemessenen Spannungssignal der 7a die Überschwinger minimiert, ohne signifikant an Signalstärke zu verlieren.In contrast, the shows 7b a stimulating pulse with a slope of about 100 nanoseconds. It is clear in the measured voltage signal of 7a minimizes overshoots without significantly losing signal strength.

Erst bei einer weiteren Verlängerung der Flankenanstiegszeit auf ca. 639 Nanosekunden, wie es 8b zeigt, ist ein Amplitudenverlust im gemessenen Signal der 8a zu verzeichnen. Es wird daher Ziel sein, eine Flankenanstiegs-/-abfallzeit der Strompulse durch die Spinpumpe zu wählen, die optimal hinsichtlich des Signals abgestimmt ist und hier bevorzugt im Bereich von 5 bis 200 Nanosekunden liegt.Only with a further extension of the flank rise time to approx. 639 nanoseconds, how it 8b shows is an amplitude loss in the measured signal the 8a to record. It will therefore be the goal to select an edge rise / fall time of the current pulses through the spin pump which is optimally tuned with respect to the signal and which is preferably in the range of 5 to 200 nanoseconds here.

9 zeigt eine Messkurve, bei der bei einem konstanten externen Magnetfeld die Abhängigkeit der gemessenen Spannung gegenüber dem Torsionswinkel wiedergegeben ist. So wird ersichtlich, dass mittels einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung ein Torsionswinkelsensor realisierbar ist. 9 shows a measurement curve in which the dependence of the measured voltage is reproduced against the torsion angle at a constant external magnetic field. It thus becomes apparent that a torsion angle sensor can be realized by means of a sensor arrangement according to the invention.

Die 10 zeigt in mehreren Graphen die charakteristische Abhängigkeit des gemessenen Spannungssignals sowohl vom angelegten externen Magnetfeld als auch von einer Torsion und der Richtung des Strompulses im ersten Leiterabschnitt. Erkennbar ist zwischen den Graphen A und B, dass bei einer Änderung der Torsionsrichtung sich das in Abhängigkeit des Magnetfeldes gemessene Spannungssignal hinsichtlich seines Verlaufes im Wesentlichen umkehrt. Die gestrichelten Kurven zeigen den Spannungsverlauf bei der jeweils anderen Flanke.The 10 shows in several graphs the characteristic dependence of the measured voltage signal both on the applied external magnetic field and on a torsion and the direction of the current pulse in the first conductor section. It can be seen between the graphs A and B that with a change in the direction of torsion, the voltage signal measured as a function of the magnetic field essentially reverses in terms of its course. The dashed curves show the voltage curve at the other edge.

Bei gleicher Torsion und geänderter Stromrichtung zeigen die Graphen A und C bzw. B und D eine Spiegelung des Signales an Abzisse und Ordinate. Insbesondere die Abhängigkeit des Signaleverlaufes von dem äußeren Magnetfeld eröffnet dabei die Anwendung als Magnetfeldsensor, z.B. in magnetischen Speicheranordnungen.at same twist and changed Current direction show the graphs A and C and B and D a reflection the signal at abscissa and ordinate. In particular, the dependency the waveform of the external magnetic field open doing the application as a magnetic field sensor, e.g. in magnetic storage devices.

Eine derartige Anwendung ist im Prinzip in der 11 dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau ist wie in 1, wobei nun der obere verdrillte Teil des Empfängers eine statische insbesondere helikale Anisotropie verdeutlichen soll, die diesem Leiterabschnitt aufgeprägt ist. In der Nähe der Spinpumpe ist ein magnetisiertes Material angeordnet, dessen Magnetfeldstärke oder Feldrichtung oder dessen grundsätzliche Existenz oder Nicht-Existenz in der Umgebung der Spinpumpe bzw. des ganzen Sensors das gemessene Signal beeinflusst.Such an application is in principle in the 11 shown. The basic structure is as in 1 Now, the upper twisted part of the receiver is to illustrate a static, in particular helical anisotropy, which is impressed on this conductor section. In the vicinity of the spin pump, a magnetized material is arranged whose magnetic field strength or field direction or its fundamental existence or non-existence in the vicinity of the spin pump or of the entire sensor influences the measured signal.

Zu dieser grundsätzlichen Anordnung zeigt die 12 einen Spannungsverlauf am Empfänger einmal (fette Linie) bei anwesendem fokalen externen Magnetfeld und einmal (dünne Linie) bei abwesendem lokalen externen Magnetfeld. So wird ersichtlich, dass die Anordnung nach 11 eine Lesevorrichtung für magnetische Speicher bilden kann. Je nachdem ob eine solche Lesevorrichtung gegenüber einem lokalen externen Magnetfeld angeordnet ist oder nicht bzw. ob sich Richtung oder Betrag des Feldes ändert können so logische Informationen gelesen werden, die im Magnetfeld verschlüsselt sind. Deutlich ist hier erkennbar, dass sich das gemessene Spannungssignal hier um den Faktor 2 unterscheidet und eine deutliche Diskriminierung der Existenz des externen Feldes zulässt. So kann z.B. eine Auslesung des magnetischen Zustandes remanent magnetisierter Datenbits mit Hilfe des hier beschriebenen Magnetfeldsensors anstelle anderer Prinzipien erfolgen.To this basic arrangement shows the 12 a voltage curve at the receiver once (bold line) with present focal external magnetic field and once (thin line) with absent local external magnetic field. Thus it becomes apparent that the arrangement according to 11 can form a reading device for magnetic memory. Depending on whether such a reading device is arranged in relation to a local external magnetic field or not or whether the direction or magnitude of the field changes, it is thus possible to read logical information which is encrypted in the magnetic field. It can clearly be seen here that the measured voltage signal differs by a factor of 2 and allows a clear discrimination of the existence of the external field. For example, a readout of the magnetic state of remanently magnetized data bits using the magnetic field sensor described here instead of other principles.

13 zeigt einen Signalverlauf zwischen anregender und gemessener Spannung von Spinpumpe bzw. Empfänger bei einer sinusförmigen Anregung. Hier ist erkennbar, dass sich die Phasenlage der Spannungen zueinander in Abhängigkeit einer Torsion des Empfängers ändert. So kann diese Anordnung gemäß 1 auch als Phasenschieber eingesetzt werden. Gegenüber einer Torsion von ca. –50 Grad führt eine Torsion von ca. +10 Grad zu einer Phasenänderung von beinahe 180 Grad. 13 shows a waveform between exciting and measured voltage of the spin pump or receiver at a sinusoidal excitation. Here it can be seen that the phase relationship of the voltages to one another changes as a function of a torsion of the receiver. So this arrangement according to 1 can also be used as a phase shifter. Compared to a torsion of about -50 degrees, a torsion of about +10 degrees leads to a phase change of almost 180 degrees.

Weitere mögliche Anwendungen ergeben sich z.B. bei der Auslesung der Höhe einer rastenden Spitze über einer Probe (Raster-Kraftmikroskop) anstelle der bisher üblichen optischen Höhenbestimmung.Further possible Applications arise e.g. in the reading of the height of one latching tip over a sample (scanning force microscope) instead of the usual optical altitude determination.

Ebenso kann ein Drehmomentschlüssel realisiert werden bei dem eine Messung der Verdrillung einer das Drehmoment übertragenden Stange erfolgt, die den Schlüsselkopf mit dem Hebel verbindet.As well can be a torque wrench be realized in which a measurement of the twist of a Transmitting torque Rod is made, which is the key head connects to the lever.

Claims

Sensor arrangement, in particular for measuring / detecting magnetic fields and / or torsions and / or mechanical stresses, characterized in that it comprises a magnetizable / magnetic, in particular soft magnetic electrically conductive conductor arrangement, wherein the conductor arrangement has a first conductor section, in which a dynamic, in particular helical magnetization can be generated, and at least one second conductor section, in which a particular helical anisotropy is generated or generated, wherein a magnetization from a first to a second conductor section transportable and detectable by means of a voltage generated over a second conductor portion due to the magnetization transport voltage.

Sensor arrangement according to claim 1, characterized that in a first conductor section a dynamic, in particular helical magnetization by means of a through the conductor section current variable current can be generated, which is a variable Magnetic field generated, which superimposed with an external magnetic field is.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a first conductor section is formed between a first and second electrical contact on the conductor arrangement and a second conductor portion between a third and a third conductor fourth electrical contact on the conductor arrangement, in particular wherein a first and a second conductor section no common Section.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a first conductor section is electrically connected by a second conductor section is separated.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a particular helical anisotropy in a second conductor portion is generated by a twist of a second Conductor section.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a conductor section, in particular a second Conductor section a particular helical anisotropy static imprinted is.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that in the vicinity of a conductor section a magnetic / magnetized element, in particular a permanent magnet or a remanent element is arranged.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a first and a second conductor section are arranged linearly one behind the other.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a first and a second conductor section at an angle to each other, in particular at a right angle are arranged to each other.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that two second conductor sections linearly one behind the other and at an angle, especially at a right angle to a first conductor section are arranged.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that between a first and a second conductor section a further conductor section is arranged, to which a control voltage created / can be applied, wherein the over a second conductor section measurable voltage dependent is from the control voltage.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that rise and / or fall time of a flank a current pulse in a first conductor section in the range of 1 to 150 nanoseconds, preferably 5 to 20 nanoseconds, in particular 15 nanoseconds.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a first conductor section on a rigid support element is arranged, in particular wherein a second conductor section on a flexible carrier is arranged.

Sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a magnetic conductor arrangement is formed by an amorphous magnetically soft material, in particular iron or preferably cobalt-based material.

Use of a sensor arrangement according to one of previous claims as a data storage element and / or as a readout device for magnetic Data memory and / or as a switching element and / or as a torsion.

Method for measuring / detecting magnetic fields and / or torsions and / or mechanical stresses, in particular with a sensor according to one of the preceding claims 1 to 14, characterized in a first conductor section, a magnetizable / magnetic, in particular soft magnetic electrically conductive conductor arrangement a dynamic, in particular helical magnetization is generated and in at least one second conductor section one in particular helical anisotropy is generated or generated, wherein a magnetization transported from a first to a second conductor section and by means of an over a second conductor portion due to the magnetization transport generated voltage is detected.

Method according to claim 16, characterized in that that at a given, in particular helical anisotropy in at least one of the second conductor sections over the measurable voltage an external magnetic field is detected, which at least one of the conductor sections, in particular a first conductor section exposed at the time of the measurement.

Method according to claim 16, characterized in that that at a given dynamic, especially helical Magnetization in a first conductor section on the measurable voltage Amount and / or direction of torsion of a second conductor section is measured.